Poruka na temu primanja i prijenosa električne energije. Sažetak: Proizvodnja, prijenos i korištenje električne energije

Svi tehnološki procesi bilo koje proizvodnje povezani su s potrošnjom energije. Velika većina energetskih resursa troši se na njihovu provedbu.

Najvažniju ulogu u industrijskom poduzeću imaju Električna energija- najviše univerzalni pogled energije, koja je glavni izvor mehaničke energije.

Pretvaranje različitih vrsta energije u električnu energiju odvija se dalje elektrane .

Elektrane su poduzeća ili postrojenja namijenjena proizvodnji električne energije. Gorivo za elektrane su prirodni resursi - ugljen, treset, voda, vjetar, sunce, nuklearna energija itd.

Ovisno o vrsti energije koja se pretvara, elektrane se mogu podijeliti na sljedeće glavne tipove: termoelektrane, nuklearne, hidroelektrane, crpne akumulacije, plinske turbine, kao i lokalne elektrane male snage - vjetroelektrane, solarne, geotermalne, morske plime i oseke. , dizel itd.

Najveći dio električne energije (do 80%) proizvodi se u termoelektranama (TE). Proces proizvodnje električne energije u termoelektranama sastoji se u sekvencijalnoj pretvorbi energije izgorjelog goriva u Termalna energija vodena para koja pokreće turbinski agregat (parna turbina spojena na generator). Mehaničku energiju rotacije generator pretvara u električnu energiju. Gorivo za elektrane je ugljen, treset, uljni škriljac, prirodni plin, nafta, lož ulje, drveni otpad.

Uz ekonomičan rad TE, t.j. uz istodobnu opskrbu potrošača optimalnim količinama električne i toplinske energije, njihova učinkovitost doseže više od 70%. Tijekom razdoblja kada je potrošnja topline potpuno zaustavljena (na primjer, tijekom sezone bez grijanja), učinkovitost stanice se smanjuje.

Nuklearne elektrane (NPP) razlikuju se od konvencionalnih parnih turbina po tome što nuklearne elektrane kao izvor energije koriste proces nuklearne fisije urana, plutonija, torija itd. Kao rezultat cijepanja tih materijala u posebnim uređajima - reaktorima, oslobađa se ogromna količina toplinske energije.

U usporedbi s termoelektranama, nuklearne elektrane troše malu količinu goriva. Takve stanice mogu se graditi bilo gdje, jer. nisu vezani uz mjesto zaliha prirodnog goriva. Osim toga, okoliš nije zagađen dimom, pepelom, prašinom i sumpornim dioksidom.

U hidroelektranama (HE) energija vode se pretvara u električnu pomoću hidrauličnih turbina i na njih spojenih generatora.

Postoje hidroelektrane branog i diverzionog tipa. Hidroelektrane brane koriste se na ravnim rijekama s niskim tlakom, preusmjerne hidroelektrane (s obilaznim kanalima) koriste se na planinskim rijekama s velikim nagibima i s malim protokom vode. Treba napomenuti da rad HE ovisi o vodostaju određenoj prirodnim uvjetima.

Prednosti HE su njihova visoka učinkovitost i niska cijena proizvedene električne energije. Međutim, treba uzeti u obzir visok trošak kapitalnih izdataka tijekom izgradnje hidroelektrana i značajne rokove njihove izgradnje, što određuje dugoročno njihova otplata.

Značajka rada elektrana je da moraju proizvesti onoliko energije koliko je potrebno ovaj trenutak pokrivanje opterećenja potrošača, vlastitih potreba stanica i gubitaka u mrežama. Stoga oprema stanice mora uvijek biti spremna za periodične promjene opterećenja potrošača tijekom dana ili godine.

Većina elektrana je kombinirana u energetski sustavi , od kojih svaki ima sljedeće zahtjeve:

Usklađenost snage generatora i transformatora s maksimalnom snagom potrošača električne energije.
Dovoljno propusnost dalekovodi (TL).
Osiguravanje neprekidnog napajanja visoka kvaliteta energije.
Ekonomičnost, sigurnost i jednostavnost korištenja.

Kako bi zadovoljili ove zahtjeve, elektroenergetski sustavi su opremljeni posebnim kontrolnim sobama opremljenim nadzornim, kontrolnim, komunikacijskim objektima i posebnim rasporedom za elektrane, dalekovode i stupnjevne trafostanice. Dispečerska stanica prima potrebne podatke i informacije o stanju tehnološki proces u elektranama (potrošnja vode i goriva, parametri pare, brzina vrtnje turbine itd.); o radu sustava - koji su elementi sustava (vodovi, transformatori, generatori, opterećenja, kotlovi, parovodi) trenutno onemogućeni, koji su u pogonu, u rezervi i sl.; o električnim parametrima načina rada (naponi, struje, aktivna i jalova snaga, frekvencija itd.).

Rad elektrana u sustavu omogućuje, zbog velikog broja generatora koji rade paralelno, povećati pouzdanost napajanja potrošača, u potpunosti opteretiti najekonomičnije jedinice elektrana, te smanjiti troškove proizvodnja električne energije. Osim toga, smanjen je instalirani kapacitet rezervne opreme u elektroenergetskom sustavu; osigurava se veća kvaliteta električne energije koja se isporučuje potrošačima; povećava se jedinični kapacitet jedinica koje se mogu ugraditi u sustav.

U Rusiji, kao iu mnogim drugim zemljama, za proizvodnju i distribuciju električne energije koristi se trofazna izmjenična struja frekvencije 50 Hz (60 Hz u SAD-u i nizu drugih zemalja). Mreže i instalacije trofazne struje su ekonomičnije u odnosu na jednofazne instalacije naizmjenična struja, a također omogućuju široku upotrebu najpouzdanijih, jednostavnih i jeftinih asinkronih elektromotora kao električni pogon.

Uz trofaznu struju, neke industrije koriste istosmjernu struju koja se dobiva ispravljanjem izmjenične struje (elektroliza u kemijska industrija i obojena metalurgija, elektrificirani transport itd.).

Električna energija proizvedena u elektranama mora se prenijeti na mjesta njezine potrošnje, prvenstveno u velika industrijska središta zemlje, koja su stotinama, a ponekad i tisućama kilometara udaljena od moćnih elektrana. Ali nije dovoljno prenositi električnu energiju. Mora se distribuirati među različitim potrošačima - industrijskim poduzećima, transportu, stambene zgrade itd. Prijenos električne energije na velike udaljenosti odvija se na visokom naponu (do 500 kW ili više), što osigurava minimalne električne gubitke u dalekovodima i rezultira većom uštedom materijala zbog smanjenja presjeka žice. Stoga je u procesu prijenosa i distribucije električne energije potrebno povećavati i smanjivati napon. Taj se proces provodi pomoću elektromagnetskih uređaja koji se nazivaju transformatori. Transformator nije električni stroj, jer njegov rad nije vezan za pretvorbu električne energije u mehaničku i obrnuto; pretvara samo napon električne energije. Povećanje napona vrši se uz pomoć pojačanih transformatora u elektranama, a smanjenje pomoću opadajućih transformatora u potrošačkim trafostanicama.

Međukarika za prijenos električne energije od transformatorskih trafostanica do prijamnika električne energije su Struja mreže .

Transformatorska podstanica je električna instalacija namijenjena pretvaranju i distribuciji električne energije.

Podstanice mogu biti zatvorene ili otvorene, ovisno o mjestu glavne opreme. Ako se oprema nalazi u zgradi, tada se trafostanica smatra zatvorenom; ako je uključen na otvorenom, zatim otvorite.

Oprema trafostanice se može sastaviti od pojedinačni elementi uređaja ili iz blokova koji se isporučuju sastavljeni za ugradnju. Trafostanice blok dizajna nazivaju se kompletnim.

Oprema trafostanica uključuje uređaje koji provode prebacivanje i zaštitu električnih krugova.

Glavni element trafostanica je energetski transformator. Strukturno, energetski transformatori su izrađeni na takav način da maksimalno odvode toplinu koju stvaraju tijekom rada iz namota i jezgre u okoliš. Da biste to učinili, na primjer, jezgra s namotima je uronjena u spremnik s uljem, površina spremnika je rebrasta, s cijevnim radijatorima.

Suhim transformatorima mogu se opremiti kompletne transformatorske podstanice koje se postavljaju izravno u industrijskim prostorima snage do 1000 kVA.

Kako bi se povećao faktor snage električne instalacije, statički kondenzatori se ugrađuju u trafostanice za kompenzaciju jalove snage opterećenja.

Automatski sustav za nadzor i upravljanje trafostanicama prati procese koji se odvijaju u opterećenju, u mrežama napajanja. Obavlja funkcije zaštite transformatora i mreža, odspaja zaštićene sekcije pomoću prekidača u hitnim uvjetima, ponovno uključuje, automatski uključuje pričuvu.

Transformatorske trafostanice industrijskih poduzeća spojene su na opskrbnu mrežu na različite načine, ovisno o zahtjevima za pouzdanost neprekinutog napajanja potrošača.

Tipične sheme koje osiguravaju neprekidno napajanje su radijalne, glavne ili prstenaste.

U radijalnim shemama od razvodne ploče transformatorske podstanice odlaze vodovi koji opskrbljuju velike električne potrošače: motore, grupne distribucijske točke, na koje su spojeni manji prijemnici. Radijalni krugovi se koriste u kompresorskim, crpnim stanicama, trgovinama opasnim od eksplozije i požara, prašnjavim industrijama. Omogućuju visoku pouzdanost napajanja, omogućuju široku upotrebu automatske opreme za upravljanje i zaštitu, ali zahtijevaju visoke troškove izgradnje. centrale, polaganje kablova i žica.

Sheme prtljažnika koriste se kada je opterećenje ravnomjerno raspoređeno na područje radionice, kada nije potrebna izgradnja razvodne ploče na trafostanici, što smanjuje troškove objekta; mogu se koristiti montažne sabirnice, što ubrzava montažu. Istodobno, kretanje tehnološke opreme ne zahtijeva promjenu mreže.

Nedostatak sheme prtljažnika je niska pouzdanost napajanja, jer ako je prtljažnik oštećen, svi električni prijemnici spojeni na njega se isključuju. Međutim, ugradnja kratkospojnika između mreže i korištenje zaštite značajno povećava pouzdanost napajanja uz minimalne troškove za redundanciju.

Od trafostanica se struja niskog napona industrijske frekvencije razvodi do radionica pomoću kabela, žica, sabirnica od radioničkog sklopnog uređaja do elektromotornih pogona pojedinih strojeva.

Prekidi u opskrbi električnom energijom poduzeća, čak i kratkoročni, dovode do kršenja tehnološkog procesa, oštećenja proizvoda, oštećenja opreme i nenadoknadivih gubitaka. U nekim slučajevima nestanak struje može stvoriti opasnost od eksplozije i požara u poduzećima.

Prema pravilima za ugradnju električnih instalacija, svi prijamnici električne energije podijeljeni su u tri kategorije prema pouzdanosti napajanja:

Prijemnici za koje je prekid u opskrbi električnom energijom neprihvatljiv, jer može dovesti do oštećenja opreme, masovnih nedostataka proizvoda, poremećaja složenog tehnološkog procesa, poremećaja rada posebno važnih elemenata urbano gospodarstvo i u konačnici ugrožavaju živote ljudi.
Prijemnici energije čiji prekid u opskrbi električnom energijom dovodi do neispunjavanja plana proizvodnje, zastoja radnika, mehanizama i industrijskih vozila.
Ostali prijamnici električne energije, na primjer, radionice neserijske i pomoćne proizvodnje, skladišta.

Napajanje prijamnika električne energije prve kategorije u svakom slučaju mora biti osigurano iu slučaju kršenja automatski se vraća. Stoga takvi prijemnici moraju imati dva neovisna izvora energije, od kojih im svaki može u potpunosti osigurati električnu energiju.

Prijamnici električne energije druge kategorije mogu imati rezervno napajanje, čiji priključak vrši dežurno osoblje nakon određenog vremena nakon kvara glavnog izvora.

Za prijemnike treće kategorije, rezervni izvor napajanja, u pravilu, nije predviđen.

Opskrba električnom energijom poduzeća podijeljena je na vanjsku i unutarnju. Eksterno napajanje je sustav mreža i trafostanica od izvora energije (elektrane ili elektrane) do transformatorske trafostanice poduzeća. Prijenos energije u ovom slučaju se provodi kabelskim ili nadzemnim vodovima nazivnog napona 6, 10, 20, 35, 110 i 220 kV. Unutarnja opskrba električnom energijom uključuje sustav distribucije energije unutar radionica poduzeća i na njegovom teritoriju.

Na strujno opterećenje (elektromotori, električne peći) dovodi se napon od 380 ili 660 V, a na rasvjetno opterećenje od 220 V. Kako bi se smanjili gubici, preporučljivo je spojiti motore snage 200 kW ili više na napon od 6 ili 10 kV.

Najčešći napon u industrijskim poduzećima je 380 V. Široko je uveden napon od 660 V, što omogućuje smanjenje gubitaka energije i potrošnje obojenih metala u niskonaponskim mrežama, povećanje raspona radioničkih trafostanica i snage svakog transformatora do 2500 kVA. U nekim slučajevima, pri naponu od 660 V, ekonomski je opravdano koristiti asinkrone motore snage do 630 kW.

Distribucija električne energije provodi se električnim ožičenjem - skupom žica i kabela s pripadajućim pričvrsnim elementima, potpornim i zaštitnim konstrukcijama.

Unutarnje ožičenje je električno ožičenje koje je položeno unutar zgrade; vanjski - izvan njega, uz vanjske zidove zgrade, ispod nadstrešnica, na nosačima. Ovisno o načinu polaganja, unutarnje ožičenje može biti otvoreno ako se polaže na površinu zidova, stropova i sl., a skriveno ako je položeno u konstrukcijske elemente zgrada.

Ožičenje se može položiti izoliranom žicom ili neoklopljenim kabelom do 16 četvornih mm. Na mjestima mogućeg mehaničkog utjecaja, električne instalacije su zatvorene čelične cijevi, pečat ako je okolina prostorije eksplozivna, agresivna. Na alatnim strojevima, tiskarskim strojevima, ožičenje se provodi u cijevima, u metalnim rukavima sa žicom s PVC izolacijom, koja se ne urušava od izlaganja strojnim uljima. Veliki broj sustav upravljanja žicom električni stroj za žice složen je u ladice. Autobusni kanali služe za prijenos električne energije u radionicama s velikim brojem proizvodnih strojeva.

Za prijenos i distribuciju električne energije naširoko se koriste energetski kabeli u gumenom, olovnom omotaču; neoklopni i oklopni. Kablovi se mogu polagati u kabelske kanale, pričvrstiti na zidove, u zemljane rovove, ugraditi u zidove.

Vrste elektrana Termalne (TE) - 50% Termalne (TE) - 50% Hidroelektrane (HE) % Hidroelektrane (HE) % Nuklearne (NE) - 15% Nuklearne (NE) - 15% Alternativni izvori Alternativni izvori energije izvori - 2 - 5% (sunčeva energija, energija fuzije, energija plime i oseke, energija vjetra) energija - 2 - 5% (sunčeva energija, energija fuzije, energija plime, energija vjetra)

Generator električne struje Generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju Generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju Djelovanje generatora temelji se na fenomenu elektromagnetska indukcija Djelovanje generatora temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije

Okvir sa strujom je glavni element generatora.Okretni dio naziva se ROTOR (magnet). Rotirajući dio naziva se ROTOR (magnet). Fiksni dio naziva se STATOR (okvir) Fiksni dio se naziva STATOR (okvir) Kada se okvir rotira, prodire u okvir, magnetski tok promjene u vremenu, zbog čega a indukcijska struja

Prijenos električne energije Električni prijenosni vodovi (TL) služe za prijenos električne energije do potrošača. Pri prijenosu električne energije na daljinu ona se gubi zbog zagrijavanja žica (Joule-Lenzov zakon). Načini smanjenja gubitka topline: 1) Smanjenje otpora žica, ali povećanje njihovog promjera (teške - teško objesiti, a skupe - bakrene). 2) Smanjenje jačine struje povećanjem napona.

Utjecaj termoelektrana na okoliš Termoelektrane - dovode do toplinskog onečišćenja zraka produktima izgaranja goriva. Hidroelektrane - dovode do poplava velikih područja koja se povlače iz korištenja zemljišta. Nuklearna elektrana – može dovesti do oslobađanja radioaktivnih tvari.

Glavne faze proizvodnje, prijenosa i potrošnje električne energije 1. Mehanička energija se pretvara u električnu energiju pomoću generatora u elektranama. 1. Mehanička energija se pretvara u električnu pomoću generatora u elektranama. 2. Električni napon se povećava za prijenos električne energije na velike udaljenosti. 2. Električni napon se povećava za prijenos električne energije na velike udaljenosti. 3. Električna energija se prenosi pod visokim naponom preko visokonaponskih dalekovoda. 3. Električna energija se prenosi pod visokim naponom preko visokonaponskih dalekovoda. 4. Prilikom distribucije električne energije potrošačima električni napon niži. 4. Prilikom distribucije električne energije potrošačima napon se smanjuje. 5. Kada se troši električna energija, pretvara se u druge vrste energije – mehaničku, svjetlosnu ili unutarnju. 5. Kada se troši električna energija, pretvara se u druge vrste energije – mehaničku, svjetlosnu ili unutarnju.

U naše vrijeme razina proizvodnje i potrošnje energije jedan je od najvažnijih pokazatelja razvoja proizvodnih snaga društva. Vodeću ulogu u tome ima električna energija - najsvestraniji i najprikladniji oblik energije za korištenje. Ako se potrošnja energije u svijetu udvostruči za oko 25 godina, tada se u prosjeku za 10 godina događa povećanje potrošnje električne energije za 2 puta. To znači da se sve više procesa koji troše energiju pretvaraju u električnu energiju.

Proizvodnja energije. Električna energija se u velikim i malim elektranama proizvodi uglavnom uz pomoć elektromehaničkih indukcijskih generatora. Postoje dvije glavne vrste elektrana: termo i hidroelektrane. Te se elektrane razlikuju po motorima koji rotiraju rotore generatora.

U termoelektranama izvor energije je gorivo: ugljen, plin, nafta, lož ulje, uljni škriljac. Rotore električnih generatora pokreću parne i plinske turbine ili motori s unutarnjim izgaranjem. Najekonomičnije su velike termoelektrane s parnim turbinama (skraćeno TE). Većina termoelektrana u našoj zemlji kao gorivo koristi ugljenu prašinu. Za proizvodnju 1 kW. sati električne energije potrošeno nekoliko stotina grama ugljena. U parnom kotlu, preko 90% energije koju oslobađa gorivo prenosi se na paru. U turbini se kinetička energija mlaznica pare prenosi na rotor. Osovina turbine je čvrsto povezana s osovinom generatora. Generatori parnih turbina vrlo su brzi: broj okretaja rotora je nekoliko tisuća u minuti.

Iz kolegija fizike 10. razreda poznato je da se učinkovitost toplinskih motora povećava s povećanjem temperature grijača i, sukladno tome, početne temperature radnog fluida (para, plin). Stoga se para koja ulazi u turbinu dovodi do visokih parametara: temperatura je gotovo do 550 ° C, a tlak je do 25 MPa. Učinkovitost TPP doseže 40%. Većina energije se gubi zajedno s vrućom ispušnom parom.

Termoelektrane - tzv. kombinirane toplinske i elektrane (CHP) - omogućuju korištenje značajnog dijela energije ispušne pare u industrijskim poduzećima i za kućne potrebe (za grijanje i opskrbu toplom vodom). Kao rezultat toga, učinkovitost CHP doseže 60-70%. Trenutačno, CHPP osiguravaju oko 40% sve električne energije u Rusiji i opskrbljuju stotine gradova električnom i toplinskom energijom.

U hidroelektranama (HE) potencijalna energija vode koristi se za rotaciju rotora generatora. Rotori električnih generatora pokreću se hidrauličkim turbinama. Snaga takve stanice ovisi o razlici u razinama vode koju stvara brana (tlak) i o masi vode koja svake sekunde prolazi kroz turbinu (protok vode).

Nuklearne elektrane (NPP) imaju značajnu ulogu u energetskom sektoru. Trenutno nuklearne elektrane u Rusiji daju oko 10% električne energije.

Glavne vrste elektrana

Termoelektrane se grade brzo i jeftino, ali su brojne štetne emisije u okoliš i prirodni energetski resursi ograničene.

Hidroelektrane se grade duže, skuplje; trošak struje je minimalan, ali plodna zemljišta su poplavljena i gradnja je moguća samo na određenim mjestima.

Nuklearne elektrane se dugo grade, skupe su, ali je struja jeftinija nego u termoelektranama, štetan utjecaj na okoliš nije značajan (uz pravilan rad), ali zahtijeva odlaganje radioaktivnog otpada.

Korištenje električne energije

Glavni potrošač električne energije je industrija, koja čini oko 70% proizvedene električne energije. Promet je također veliki potrošač. Sve velika količinaželjezničke pruge se pretvaraju na električnu vuču. Gotovo sva sela i sela dobivaju električnu energiju iz elektrana za industrijske i kućanske potrebe. Svi znaju za korištenje električne energije za rasvjetu domova i kućanskih električnih uređaja.

Većina korištene električne energije sada se pretvara u mehaničku energiju. Pokreću se gotovo svi mehanizmi u industriji elektromotori. Prikladni su, kompaktni, dopuštaju mogućnost automatizacije proizvodnje.

Oko trećine električne energije koju troši industrija koristi se u tehnološke svrhe (električno zavarivanje, električno grijanje i taljenje metala, elektroliza i dr.).

Moderna civilizacija nezamisliva je bez raširene uporabe električne energije. Nestanak struje veliki grad pa čak i mala sela u slučaju nesreće paraliziraju njihove živote.

Prijenos električne energije

Potrošači električne energije su posvuda. Proizvodi se na relativno malo mjesta u blizini izvora goriva i vode. Električna energija se ne može sačuvati u velikim razmjerima. Mora se konzumirati odmah po primitku. Stoga postoji potreba za prijenosom električne energije na velike udaljenosti.

Prijenos električne energije povezan je s značajne gubitke, jer struja zagrijava žice dalekovoda. U skladu s Joule-Lenzovim zakonom, energija utrošena na zagrijavanje žica linije određena je formulom Q = I2Rt gdje je R otpor linije.

Kod vrlo dugih vodova prijenos energije može postati neekonomičan. Praktički je vrlo teško značajno smanjiti otpor linije R. Moramo smanjiti struju.

Stoga se u velikim elektranama ugrađuju pojačani transformatori. Transformator povećava napon u liniji onoliko puta koliko smanjuje struju.

Što je dalekovod duži, to je povoljnije koristiti veći napon. Dakle, u visokonaponskom dalekovodu HE Volga - Moskva i nekim drugim koristi se napon od 500 kV. U međuvremenu, generatori izmjenične struje su prilagođeni naponima koji ne prelaze 16-20 kV. Veći napon zahtijevao bi komplicirane posebne mjere za izolaciju namota i drugih dijelova generatora.

Obično se smanjenje napona i, sukladno tome, povećanje snage struje provode u nekoliko faza. U svakoj fazi napon je sve manji, a područje koje pokriva električna mreža sve je šire.

Pri vrlo visokom naponu između žica može početi pražnjenje, što dovodi do gubitaka energije. Dopuštena amplituda izmjeničnog napona mora biti takva da za dano područje presjekžice, gubici energije zbog pražnjenja bili su zanemarivi.

Elektrane u brojnim regijama zemlje povezane su visokonaponskim dalekovodima, tvoreći zajedničku električna mreža na koje su priključeni potrošači. Takva kombinacija, nazvana električna mreža, omogućuje izglađivanje vršnih opterećenja potrošnje energije u jutarnjim i večernjim satima. Elektroenergetski sustav osigurava nesmetano napajanje potrošača, bez obzira na njihovu lokaciju. Sada je gotovo cijelo područje naše zemlje opskrbljeno električnom energijom integriranim energetskim sustavima. U funkciji je Jedinstveni energetski sustav europskog dijela zemlje.

u fizici

na temu "Proizvodnja, prijenos i korištenje električne energije"

Učenici 11. razreda A

MOU škola broj 85

Katarine.

Apstraktni plan.

Uvod.

1. Proizvodnja električne energije.

1. vrste elektrana.

2. alternativnih izvora energije.

2. Prijenos električne energije.

transformatori.

3. Korištenje električne energije.

Uvod.

Rođenje energije dogodilo se prije nekoliko milijuna godina, kada su ljudi naučili koristiti vatru. Vatra im je davala toplinu i svjetlost, bila je izvor inspiracije i optimizma, oružje protiv neprijatelja i divljih životinja, lijek, pomoćnik u poljoprivredi, konzervans hrane, tehnološki alat itd.

Pojavio se prekrasan mit o Prometeju, koji je ljudima dao vatru Drevna grčka mnogo kasnije od, u mnogim dijelovima svijeta, metoda prilično sofisticiranog rukovanja vatrom, njezine proizvodnje i gašenja, očuvanja vatre i racionalno korištenje gorivo.

Dugi niz godina vatra se održavala sagorijevanjem biljnih energenata (drvo, grmlje, trska, trava, suhe alge i dr.), a potom se otkrilo da je za održavanje vatre moguće koristiti fosilne tvari: ugljen, naftu. , škriljac, treset.

Danas je energija i dalje glavna komponenta ljudskog života. Omogućuje stvaranje razni materijali, jedan je od glavnih čimbenika razvoja novih tehnologija. Jednostavno rečeno, bez svladavanja razne vrste energije, osoba nije u stanju u potpunosti postojati.

Proizvodnja energije.

Vrste elektrana.

Termoelektrana (TPP), elektrana koja generira električnu energiju kao rezultat pretvorbe toplinske energije koja se oslobađa tijekom izgaranja fosilnih goriva. Prve termoelektrane pojavile su se krajem 19. stoljeća i postale su rasprostranjene. Sredinom 70-ih godina 20. stoljeća termoelektrane su bile glavni tip elektrana.

U termoelektranama se kemijska energija goriva prvo pretvara u mehaničku, a zatim u električnu energiju. Gorivo za takvu elektranu može biti ugljen, treset, plin, uljni škriljac, loživo ulje.

Termoelektrane se dijele na kondenzacija(IES), dizajniran za proizvodnju samo električne energije, i kombinirane toplinske i elektrane(CHP), proizvodeći osim električne toplinske energije u obliku Vruća voda i par. Velike IES-ove regionalnog značaja nazivaju se državne područne elektrane (GRES).

Protozoa kružni dijagram IES na ugljen prikazan je na slici. Ugljen se dovodi u bunker za gorivo 1, a iz njega - u postrojenje za drobljenje 2, gdje se pretvara u prašinu. Ugljena prašina ulazi u peć generatora pare (parni kotao) 3, koji ima sustav cijevi u kojima kruži kemijski pročišćena voda, nazvana napojna voda. U kotlu se voda zagrijava, isparava, a nastala zasićena para se dovede na temperaturu od 400-650 °C i pod pritiskom od 3-24 MPa kroz parni cjevovod ulazi u parnu turbinu 4. Para parametri ovise o snazi jedinica.

Termokondenzacijske elektrane imaju nisku učinkovitost (30-40%), jer se najveći dio energije gubi s dimnim plinovima i rashladnom vodom kondenzatora. Povoljno je graditi IES u neposrednoj blizini mjesta vađenja goriva. Istodobno, potrošači električne energije mogu se nalaziti na znatnoj udaljenosti od stanice.

kombinirana toplana i elektrana razlikuje se od kondenzacijske stanice posebnom toplinskom i energetskom turbinom s ugrađenom ekstrakcijom pare. U CHPP se jedan dio pare u potpunosti koristi u turbini za proizvodnju električne energije u generatoru 5 i zatim ulazi u kondenzator 6, dok se drugi dio, koji ima visoku temperaturu i tlak, uzima iz međufaza elektrane. turbina i služi za opskrbu toplinom. Kondenzatna pumpa 7 kroz deaerator 8, a zatim napojna pumpa 9 se dovodi u generator pare. Količina pare koja se ekstrahira ovisi o potrebama poduzeća za toplinskom energijom.

Učinkovitost CHP doseže 60-70%. Takve se stanice obično grade u blizini potrošača - industrijskih poduzeća ili stambenih područja. Najčešće rade na uvoznom gorivu.

Znatno manje raširen termalne stanice iz plinska turbina(GTPS), parni plin(PGES) i dizel postrojenja.

U komori za izgaranje GTPP-a gori plin ili tekuće gorivo; proizvodi izgaranja s temperaturom od 750-900 ºS ulaze u plinsku turbinu koja rotira električni generator. Učinkovitost takvih termoelektrana je obično 26-28%, snaga je do nekoliko stotina MW . GTPP-ovi se obično koriste za pokrivanje vršnih električnih opterećenja. Učinkovitost SGPP može doseći 42 - 43%.

Najisplativije su velike termoelektrane s parnom turbinom (skraćeno TE). Većina termoelektrana u našoj zemlji kao gorivo koristi ugljenu prašinu. Za proizvodnju 1 kWh električne energije potrebno je nekoliko stotina grama ugljena. U parnom kotlu, preko 90% energije koju oslobađa gorivo prenosi se na paru. U turbini se kinetička energija mlaznica pare prenosi na rotor. Osovina turbine je čvrsto povezana s osovinom generatora.

Moderne parne turbine za termoelektrane su vrlo napredni, brzi, visoko ekonomični strojevi s dugim vijekom trajanja. Njihova snaga u verziji s jednom osovinom doseže 1 milijun 200 tisuća kW, a to nije granica. Takvi strojevi su uvijek višestupanjski, odnosno obično imaju nekoliko desetaka diskova s radnim lopaticama i isto toliko, ispred svakog diska, skupina mlaznica kroz koje struji mlaz pare. Tlak i temperatura pare postupno se smanjuju.

Iz kolegija fizike poznato je da učinkovitost toplinskih motora raste s povećanjem početne temperature radnog fluida. Stoga se para koja ulazi u turbinu dovodi do visokih parametara: temperatura je gotovo do 550 ° C, a tlak je do 25 MPa. Učinkovitost TPP doseže 40%. Većina energije se gubi zajedno s vrućom ispušnom parom.

Hidroelektrana (HE), kompleks građevina i opreme kroz koje se energija protoka vode pretvara u električnu energiju. HE se sastoji od serijskog kruga hidraulične konstrukcije, osigurava potrebnu koncentraciju protoka vode i stvaranje tlaka, te energetska oprema koja pretvara energiju vode koja se kreće pod pritiskom u mehaničku energiju rotacije, koja se, pak, pretvara u električnu energiju.

Glava hidroelektrane nastaje koncentracijom pada rijeke u korištenom dijelu uz branu, odn. izvođenje, ili brana i derivacija zajedno. Glavna energetska oprema HE nalazi se u zgradi HE: u strojarnici elektrane - hidraulične jedinice, pomoćna oprema, uređaji za automatsko upravljanje i nadzor; u središnjem upravljačkom mjestu - operatersko-dispečerskoj konzoli odn operater hidroelektrane. Pojačavanje transformatorska podstanica smještene unutar zgrade elektrane i u zasebnim zgradama ili na otvorenim prostorima. Uređaji za distribucijučesto se nalazi na otvorenom prostoru. Zgrada elektrane može se podijeliti na dijelove s jednom ili više jedinica i pomoćna oprema odvojen od susjednih dijelova zgrade. U zgradi HE ili unutar nje stvara se montažno mjesto za montažu i popravak različite opreme te za pomoćne poslove održavanja HE.

Po instalirani kapacitet(u MW) razlikovati hidroelektrane snažan(Sv. 250), srednji(do 25) i mali(do 5). Snaga hidroelektrane ovisi o tlaku (razlici između razina uzvodno i nizvodno ), brzina protoka vode koja se koristi u hidrauličkim turbinama i učinkovitost hidrauličke jedinice. Iz niza razloga (zbog npr. sezonskih promjena vodostaja u akumulacijama, varijabilnosti opterećenja elektroenergetskog sustava, popravka hidroelektrana ili hidrauličkih građevina i sl.) tlak i protok vode su konstantno mijenja, a uz to se mijenja i protok pri regulaciji snage HE. Postoje godišnji, tjedni i dnevni ciklusi rada HE.

Prema maksimalno iskorištenom tlaku HE se dijele na visokotlačni(preko 60 m), srednji pritisak(od 25 do 60 m) I niski pritisak(od 3 do 25 m). Na ravnim rijekama tlak rijetko prelazi 100 m, u planinskim uvjetima, kroz branu, moguće je stvoriti pritiske do 300 m i više, a uz pomoć izvođenja - do 1500 m. Podjela hidroelektrane prema korištenom tlaku je okvirna, uvjetna.

Prema shemi korištenja vodnih resursa i koncentraciji tlaka, HE se obično dijele na kanal , blizu brane , preusmjeravanje s tlačnim i beztlačnim izvođenjem, mješovito, crpno skladište I plima .

U protočnim i uzbranskim HE tlak vode stvara brana koja blokira rijeku i podiže razinu vode u uzvodnom dijelu. Pritom je neizbježna i neka poplava riječne doline. Protočne i uzbranske hidroelektrane grade se kako na niskim rijekama s puno vode, tako i na planinskim rijekama, u uskim stisnutim dolinama. Protočne HE karakteriziraju padovi do 30-40 m.

Pri višim tlakovima pokazuje se nepraktičnim prenijeti hidrostatski tlak vode na zgradu elektrane. U ovom slučaju, vrsta brana Hidroelektrana, u kojoj je tlačni front cijelom dužinom blokiran branom, a zgrada hidroelektrane smještena iza brane, graniči nizvodno.

Druga vrsta rasporeda blizu brane Hidroelektrana odgovara planinskim uvjetima s relativno malim protokom rijeka.

U derivacijski Hidroelektrična koncentracija pada rijeke stvara se derivacijom; voda se na početku korištene dionice rijeke odvodi iz riječnog kanala vodnom cijevi, s nagibom znatno manjim od prosječnog nagiba rijeke na ovoj dionici i uz ravnanje zavoja i zavoja kanala. Završetak derivacije dovodi se na lokaciju zgrade HE. Otpadne vode se ili vraćaju u rijeku ili dovode u sljedeću preusmjernu HE. Derivacija je korisna kada je nagib rijeke visok.

Posebno mjesto među HE zauzimaju crpne akumulacijske elektrane(PSPP) i plimne elektrane(PES). Izgradnja crpne elektrane posljedica je sve veće potražnje za vršnom snagom u velikim energetskim sustavima, što određuje proizvodni kapacitet potreban za pokrivanje vršnih opterećenja. Sposobnost crpne elektrane da akumulira energiju temelji se na činjenici da električnu energiju slobodnu u elektroenergetskom sustavu u određenom vremenskom razdoblju koriste crpne akumulacijske jedinice koje, radeći u načinu rada pumpe, crpe vodu iz rezervoara u gornji bazen za skladištenje. Tijekom vršnog opterećenja, akumulirana energija se vraća u elektroenergetski sustav (ulazi voda iz gornjeg bazena cevovod i rotira hidraulične jedinice koje rade u režimu strujnog generatora).

PES pretvaraju energiju morske plime u električnu energiju. Električna snaga plimnih hidroelektrana, zbog nekih značajki povezanih s periodičnom prirodom plime i oseke, može se koristiti u elektroenergetskim sustavima samo u sprezi s energijom regulacijskih elektrana, koje kompenziraju nestanke struje plimnih elektrana tijekom dan ili mjeseci.

Najvažnija značajka hidroenergetskih resursa u usporedbi s izvorima goriva i energije je njihova kontinuirana obnova. Nedostatak potrebe za gorivom za HE određuje nisku cijenu električne energije proizvedene u HE. Dakle, izgradnja hidroelektrana, unatoč značajnim, specifičnim kapitalnim ulaganjima po 1 kW instalirani kapacitet i dugo vrijeme izgradnje, bio je i jest od velike važnosti, posebice kada je povezan s smještajem elektro intenzivnih industrija.

Nuklearna elektrana (NPP), elektrana u kojoj se atomska (nuklearna) energija pretvara u električnu. Generator energije u nuklearnoj elektrani je nuklearni reaktor. Toplina koja se oslobađa u reaktoru kao rezultat lančana reakcija nuklearnom fisijom nekih teških elemenata, zatim se, kao iu konvencionalnim termoelektranama (TE), pretvara u električnu energiju. Za razliku od termoelektrana koje rade na fosilna goriva, nuklearne elektrane rade na nuklearno gorivo(na temelju 233 U, 235 U, 239 Pu). Utvrđeno je da svjetski energetski resursi nuklearnog goriva (uran, plutonij i dr.) znatno premašuju energetske resurse prirodni resursi organsko gorivo (nafta, ugljen, prirodni gas i tako dalje.). To otvara široke izglede za zadovoljavanje brzo rastuće potražnje za gorivom. Uz to, potrebno je voditi računa i o sve većoj potrošnji ugljena i nafte za tehnološke potrebe svjetske kemijske industrije, koja postaje ozbiljna konkurencija termoelektranama. Unatoč otkriću novih nalazišta organskog goriva i poboljšanju metoda za njegovo vađenje, svijet teži relativnom povećanju njegove cijene. To stvara najteže uvjete za zemlje s ograničenim rezervama fosilnih goriva. Očigledna je potreba za brzim razvojem nuklearne energije, koja već sada zauzima istaknuto mjesto u energetskoj bilanci niza industrijske zemlje mir.

Shematski dijagram nuklearne elektrane s nuklearni reaktor, koji ima vodeno hlađenje, prikazan je na sl. 2. Toplina stvorena u jezgra reaktor rashladna tekućina, upija voda 1. kruga koja se cirkulacijskom pumpom pumpa kroz reaktor.Zagrijana voda iz reaktora ulazi u izmjenjivač topline (parogenerator) 3, gdje prenosi toplinu primljenu u reaktoru na vodu 2. kruga. Voda iz 2. kruga isparava u generatoru pare i nastaje para koja zatim ulazi u turbinu 4.

Najčešće se u nuklearnim elektranama koriste 4 vrste reaktora toplinskih neutrona:

1) voda-voda s običnom vodom kao moderatorom i rashladnom tekućinom;

2) grafit-voda s vodenim rashladnim sredstvom i grafitnim moderatorom;

3) teška voda s vodenim rashladnim sredstvom i teška voda kao moderator;

4) grafit - plin s plinskim rashladnim sredstvom i grafitnim moderatorom.

Izbor pretežno korištenog tipa reaktora određen je uglavnom akumuliranim iskustvom u nosaču reaktora, kao i dostupnošću potrebnih industrijska oprema, rezerve sirovina itd.

Reaktor i njegovi prateći sustavi uključuju: sam reaktor s biološkom zaštitom , izmjenjivači topline, pumpe ili instalacije za puhanje plina koje cirkuliraju rashladno sredstvo, cjevovodi i spojnice za cirkulaciju kruga, uređaji za ponovno punjenje nuklearnog goriva, sustavi posebne ventilacije, hlađenja u nuždi itd.

Radi zaštite osoblja NEK od izloženosti zračenju, reaktor je okružen biološkom zaštitom, čiji su glavni materijali beton, voda, serpentinski pijesak. Oprema reaktorskog kruga mora biti potpuno zatvorena. Predviđen je sustav praćenja mjesta mogućeg istjecanja rashladne tekućine, poduzimaju se mjere da pojava curenja i prekida u krugu ne dovede do radioaktivnih emisija i onečišćenja prostora NEK i okolnog prostora. Radioaktivni zrak i mala količina para rashladne tekućine, zbog prisutnosti curenja iz kruga, uklanjaju se iz nenadziranih prostorija NEK poseban sustav ventilacija, u kojoj su, kako bi se isključila mogućnost onečišćenja zraka, predviđeni filteri za čišćenje i držači plina. Služba dozimetrijskog nadzora prati poštivanje pravila radijacijske sigurnosti od strane osoblja NEK.

Prisutnost biološke zaštite, posebne ventilacije i sustava za hitno hlađenje te usluge dozimetrijskog nadzora omogućuju potpuno osiguranje uslužno osoblje NPP od štetnih učinaka radioaktivnog izlaganja.

NEK, kojih je najviše moderan izgled elektrane imaju niz značajnih prednosti u odnosu na druge vrste elektrana: u normalnim uvjetima rada, one apsolutno ne zagađuju okoliš, ne zahtijevaju vezanje uz izvor sirovina i, sukladno tome, mogu se postaviti gotovo bilo gdje. Novi pogonski agregati imaju kapacitet od gotovo jednaka snaga prosječna HE, međutim, faktor iskorištenosti instaliranih kapaciteta u nuklearnim elektranama (80%) znatno je veći od faktora iskorištenosti HE ili TE.

Praktički nema značajnih nedostataka nuklearnih elektrana u normalnim uvjetima rada. No, ne može se ne primijetiti opasnost od nuklearnih elektrana pod mogućim okolnostima više sile: potresi, uragani itd. - ovdje stari modeli energetskih jedinica predstavljaju potencijalnu opasnost od radijacijske kontaminacije teritorija zbog nekontroliranog pregrijavanja reaktora.

Alternativni izvori energije.

Energija sunca.

U posljednje vrijeme drastično se povećao interes za problem korištenja sunčeve energije, jer je potencijal za dobivanje energije temeljem korištenja izravnog sunčevog zračenja iznimno velik.

Najjednostavniji kolektor sunčevog zračenja je pocrnjeli metalni (obično aluminijski) lim, unutar kojeg se nalaze cijevi u kojima cirkulira tekućina. Zagrijana sunčevom energijom koju apsorbira kolektor, tekućina se isporučuje za izravnu upotrebu.

Sunčeva energija je jedna od materijalno najintenzivnijih vrsta proizvodnje energije. Velika upotreba sunčeve energije povlači gigantski porast potrebe za materijalima, a time i za radnim resursima za vađenje sirovina, njihovo obogaćivanje, proizvodnju materijala, proizvodnju heliostata, kolektora, druge opreme, i njihov transport.

Do sada je električna energija koju proizvode sunčeve zrake puno skuplja od one dobivene tradicionalnim metodama. Znanstvenici se nadaju da će pokusi koje će provoditi u eksperimentalnim objektima i postajama pomoći u rješavanju ne samo tehničkih već i ekonomskih problema.

energija vjetra.

Energija kretanja zračnih masa je ogromna. Rezerve energije vjetra više su od stotinu puta veće od rezervi hidroenergije svih rijeka planeta. Vjetrovi pušu stalno i posvuda na zemlji. Klimatski uvjeti omogućuju razvoj energije vjetra na velikom području.

No ovih dana motori na vjetar pokrivaju samo tisućiti dio svjetskih energetskih potreba. Zato dizajn vjetrobranskog kotača, srca svake vjetroelektrane, uključuje graditelje zrakoplova koji su u mogućnosti odabrati najprikladniji profil lopatice i proučavati ga u aerotunelu. Naporima znanstvenika i inženjera stvorena je široka paleta dizajna modernih vjetroagregata.

Zemljina energija.

Od davnina ljudi su znali za elementarne manifestacije divovske energije koja vreba u dubinama globus. Sjećanje čovječanstva čuva legende o katastrofalnim vulkanskim erupcijama koje su odnijele milijune ljudskih života, neprepoznatljivo promijenile izgled mnogih mjesta na Zemlji. Snaga erupcije čak i relativno malog vulkana je kolosalna, mnogo puta premašuje snagu najvećih elektrana stvorenih ljudskim rukama. Istina, ne treba govoriti o izravnom korištenju energije vulkanskih erupcija, zasad ljudi nemaju priliku obuzdati ovaj neposlušni element.

Energija Zemlje pogodna je ne samo za grijanje prostora, kao što je slučaj na Islandu, već i za proizvodnju električne energije. Elektrane na tople podzemne izvore rade već duže vrijeme. Prva takva elektrana, još uvijek prilično male snage, izgrađena je 1904. godine u malom talijanskom gradiću Larderello. Postupno je rastao kapacitet elektrane, puštalo se u pogon sve više novih jedinica, korišteni su novi izvori tople vode, a danas je snaga stanice već dosegla impresivnu vrijednost od 360 tisuća kilovata.

Prijenos električne energije.

Transformatori.

Kupili ste ZIL hladnjak. Prodavač vas je upozorio da je hladnjak predviđen za mrežni napon od 220 V. A u vašoj kući je mrežni napon 127 V. Zastoj? Nikako. Samo treba učiniti dodatni trošak i kupiti transformator.

Transformator- vrlo jednostavan uređaj koji vam omogućuje i povećanje i smanjenje napona. Pretvorba izmjenične struje provodi se pomoću transformatora. Po prvi put transformatore je 1878. upotrijebio ruski znanstvenik P. N. Yablochkov za napajanje "električnih svijeća" koje je izumio, novog izvora svjetlosti u to vrijeme. Ideju P. N. Yablochkova razvio je I. F. Usagin, zaposlenik Moskovskog sveučilišta, koji je dizajnirao poboljšane transformatore.

Transformator se sastoji od zatvorene željezne jezgre na koju su postavljene dvije (ponekad i više) zavojnice sa žičanim namotima (slika 1). Jedan od namota, nazvan primarni, spojen je na izvor izmjeničnog napona. Drugi namot, na koji je spojeno "opterećenje", tj. uređaji i uređaji koji troše električnu energiju, naziva se sekundarni.

Djelovanje transformatora temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije. Kada izmjenična struja prolazi kroz primarni namot, u željeznoj jezgri pojavljuje se izmjenični magnetski tok koji pobuđuje indukcijski EMF u svakom namotu. Štoviše, trenutna vrijednost indukcijske emf e u svaki zavoj primarnog ili sekundarnog namota prema Faradayjevu zakonu određuje se formulom:

e = - Δ Ž/ Δ t

Ako F= F 0 sosωt, dakle

e = ω F 0 grijeh ω t , ili

e = E 0 grijeh ω t ,

gdje E 0 \u003d ω F 0 - amplituda EMF-a u jednom okretu.

U primarnom namotu, koji ima p 1 zavoja, ukupna indukcijska emf e 1 jednako je n 1 e.

U sekundarnom namotu postoji ukupni EMF. e 2 jednako je n 2 e, gdje p 2 je broj zavoja ovog namota.

Otuda slijedi da

e 1 e 2 \u003d n 1 n 2 . (1)

Zbroj napona u 1 , primijenjen na primarni namot, i EMF e 1 treba biti jednak padu napona u primarnom namotu:

u 1 + e 1 = i 1 R 1 , gdje R 1 je aktivni otpor namota, i i 1 je struja u njemu. Ova jednadžba slijedi izravno iz opće jednadžbe. Obično je aktivni otpor namota mali i član i 1 R 1 može se zanemariti. Zato

u 1 ≈ -e 1 . (2)

Kada je sekundarni namot transformatora otvoren, struja u njemu ne teče, a odvija se relacija:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

Budući da su trenutne vrijednosti emf e 1 I e 2 promjena faze, tada se njihov omjer u formuli (1) može zamijeniti omjerom efektivnih vrijednosti E 1 I E 2 ove EMF ili, uzimajući u obzir jednakosti (2) i (3), omjer efektivnih vrijednosti napona U 1 i U 2 .

U 1 /U 2 = E 1 / E 2 = n 1 / n 2 = k . (4)

Vrijednost k nazvan omjerom transformacije. Ako k>1, tada je transformator step-down, s k <1 - povećavajući.

Kada je krug sekundarnog namota zatvoren, struja teče u njemu. Zatim odnos u 2 ≈ - e 2 više nije točno zadovoljena, a prema tome i veza između U 1 i U 2 postaje složeniji nego u jednadžbi (4).

Prema zakonu održanja energije, snaga u primarnom krugu mora biti jednaka snazi u sekundarnom krugu:

U 1 ja 1 = U 2 ja 2, (5)

gdje ja 1 I ja 2 - efektivne vrijednosti sile u primarnom i sekundarnom namotu.

Otuda slijedi da

U 1 /U 2 = ja 1 / ja 2 . (6)

To znači da višestrukim povećanjem napona uz pomoć transformatora smanjujemo struju za isti iznos (i obrnuto).

Zbog neizbježnih gubitaka energije za stvaranje topline u namotima i željeznoj jezgri, jednadžbe (5) i (6) su približno ispunjene. Međutim, u modernim transformatorima velike snage, ukupni gubici ne prelaze 2-3%.

U svakodnevnoj praksi često se morate nositi s transformatorima. Uz one transformatore koje koristimo, htjeli-ne htjeli, zbog činjenice da su industrijski uređaji predviđeni za jedan napon, a drugi se koristi u gradskoj mreži - osim njih, moramo se baviti i automobilskim koturima. Bobina je pojačani transformator. Za stvaranje iskre koja pali radnu smjesu potreban je visoki napon koji dobivamo iz akumulatora automobila, nakon što prvo pretvorimo istosmjernu struju baterije u izmjeničnu struju pomoću prekidača. Lako je vidjeti da, sve do gubitka energije koja se koristi za zagrijavanje transformatora, kako se napon povećava, struja se smanjuje i obrnuto.

Strojevi za zavarivanje zahtijevaju transformatore za smanjenje snage. Zavarivanje zahtijeva vrlo velike struje, a transformator aparata za zavarivanje ima samo jedan izlazni zavoj.

Vjerojatno ste primijetili da je jezgra transformatora izrađena od tankih čeličnih limova. To se radi kako se ne bi gubila energija tijekom pretvorbe napona. U pločastim materijalima vrtložne struje će igrati manju ulogu nego u čvrstom materijalu.

Kod kuće imate posla s malim transformatorima. Što se tiče snažnih transformatora, to su ogromne strukture. U tim slučajevima se jezgra s namotima stavlja u spremnik napunjen rashladnim uljem.

Prijenos električne energije

Potrošači električne energije su posvuda. Proizvodi se na relativno malo mjesta u blizini izvora goriva i vode. Stoga postaje potrebno prenositi električnu energiju na udaljenosti koje ponekad dosežu stotine kilometara.

No prijenos električne energije na velike udaljenosti povezan je sa značajnim gubicima. Činjenica je da ih struja, prolazeći kroz vodove, zagrijava. U skladu s Joule-Lenzovim zakonom, energija utrošena na zagrijavanje žica linije određuje se formulom

gdje je R otpor linije. S dugom linijom prijenos energije može postati općenito neekonomičan. Da biste smanjili gubitke, možete, naravno, slijediti put smanjenja otpora R linije povećanjem površine poprečnog presjeka žica. Ali da bi se R, na primjer, smanjio za faktor 100, masa žice se također mora povećati za faktor 100. Jasno je da se ne može dopustiti tako veliki utrošak skupog obojenog metala, a da ne spominjemo poteškoće pričvršćivanja teških žica na visoke jarbole itd. Stoga se gubici energije u liniji smanjuju na drugi način: smanjenjem struje u liniji. Na primjer, smanjenje struje za faktor 10 smanjuje količinu topline koja se oslobađa u vodičima za 100 puta, tj. postiže se isti učinak kao kod stostrukog ponderiranja žice.

Budući da je strujna snaga proporcionalna umnošku jačine struje i napona, kako bi se održala odašena snaga, potrebno je povećati napon u dalekovodu. Štoviše, što je dalekovod duži, to je isplativije koristiti veći napon. Tako, na primjer, u visokonaponskom dalekovodu Volzhskaya HE - Moskva koristi se napon od 500 kV. U međuvremenu, generatori izmjenične struje grade se za napone koji ne prelaze 16-20 kV, jer bi veći napon zahtijevao donošenje složenijih posebnih mjera za izolaciju namota i drugih dijelova generatora.

Stoga se u velikim elektranama ugrađuju pojačani transformatori. Transformator povećava napon u liniji onoliko koliko smanjuje struju. Gubitak snage u ovom slučaju je mali.

Za izravno korištenje električne energije u motorima elektromotornog pogona alatnih strojeva, u rasvjetnoj mreži i u druge svrhe, napon na krajevima voda mora se smanjiti. To se postiže korištenjem step-down transformatora. Štoviše, obično se smanjenje napona i, sukladno tome, povećanje snage struje događa u nekoliko faza. U svakoj fazi napon je sve manji, a područje koje pokriva električna mreža sve je šire. Shema prijenosa i distribucije električne energije prikazana je na slici.

Elektrane u brojnim regijama zemlje povezane su visokonaponskim dalekovodima, tvoreći zajedničku elektroenergetsku mrežu na koju su priključeni potrošači. Takvo udruženje naziva se elektroenergetski sustav. Elektroenergetski sustav osigurava nesmetanu opskrbu potrošača energijom, bez obzira na njihovu lokaciju.

Korištenje električne energije.

Korištenje električne energije u raznim područjima znanosti.

20. stoljeće je postalo stoljeće kada znanost zadire u sve sfere društva: gospodarstvo, politiku, kulturu, obrazovanje itd. Naravno, znanost izravno utječe na razvoj energije i opseg električne energije. S jedne strane, znanost doprinosi širenju opsega električne energije i time povećava njenu potrošnju, ali s druge strane, u doba kada neograničeno korištenje neobnovljivih izvora energije predstavlja opasnost za buduće generacije, razvoj tehnologija štednje energije i njihova primjena u životu postaju aktualni zadaci znanosti.

Razmotrimo ova pitanja na konkretnim primjerima. Oko 80% rasta BDP-a (bruto domaćeg proizvoda) u razvijenim zemljama ostvaruje se tehničkim inovacijama, od kojih se većina odnosi na korištenje električne energije. Sve novo u industriji, poljoprivredi i svakodnevnom životu dolazi nam zahvaljujući novim dostignućima u raznim granama znanosti.

Većina znanstvenog razvoja počinje teorijskim izračunima. No, ako su se u 19. stoljeću ti proračuni radili pomoću olovke i papira, onda su u doba znanstvene i tehničke revolucije (znanstveno-tehnološke revolucije) svi teorijski proračuni, odabir i analiza znanstvenih podataka, pa čak i jezična analiza književnih djela. obavljaju se pomoću računala (elektronička računala), koja rade na električnoj energiji, najprikladnijoj za njezin prijenos na daljinu i korištenje. Ali ako su se u početku računala koristila za znanstvene izračune, sada su računala zaživjela iz znanosti.

Sada se koriste u svim područjima ljudske djelatnosti: za snimanje i pohranjivanje informacija, stvaranje arhiva, pripremu i uređivanje tekstova, izvođenje crtačkih i grafičkih radova, automatizaciju proizvodnje i poljoprivrede. Elektronizacija i automatizacija proizvodnje najvažnije su posljedice "druge industrijske" ili "mikroelektroničke" revolucije u gospodarstvima razvijenih zemalja. Razvoj integrirane automatizacije izravno je vezan uz mikroelektroniku, čija je kvalitativno nova faza započela nakon izuma 1971. mikroprocesora - mikroelektroničkog logičkog uređaja ugrađenog u različite uređaje za upravljanje njihovim radom.

Mikroprocesori su ubrzali rast robotike. Većina robota koji se danas koriste pripadaju takozvanoj prvoj generaciji, a koriste se u zavarivanju, rezanju, prešanju, premazivanju itd. Roboti druge generacije koji ih zamjenjuju opremljeni su uređajima za prepoznavanje okoline. A roboti – “intelektualci” treće generacije će “vidjeti”, “osjetiti”, “čuti”. Znanstvenici i inženjeri nuklearnu energiju, istraživanje svemira, transport, trgovinu, skladištenje, medicinsku skrb, preradu otpada i razvoj bogatstva oceanskog dna nazivaju najprioritetnijim područjima za korištenje robota. Većina robota radi na električnu energiju, ali povećanje potrošnje električne energije robota nadoknađuje smanjenje troškova energije u mnogim energetski intenzivnim proizvodnim procesima kroz uvođenje pametnijih metoda i novih tehnoloških procesa koji štede energiju.

No, vratimo se znanosti. Sva nova teorijska dostignuća provjeravaju se eksperimentalno nakon računalnih proračuna. I, u pravilu, u ovoj fazi istraživanja se provode pomoću fizikalnih mjerenja, kemijskih analiza itd. Ovdje su znanstveno-istraživački alati raznoliki – brojni mjerni instrumenti, akceleratori, elektronski mikroskopi, magnetski rezonancijski tomografi itd. Većina ovih instrumenata eksperimentalne znanosti radi na električnoj energiji.

Znanost u području komunikacija i komunikacija razvija se vrlo brzo. Satelitska komunikacija se koristi ne samo kao sredstvo međunarodne komunikacije, već i u svakodnevnom životu – satelitske antene nisu rijetkost u našem gradu. Nova sredstva komunikacije, poput tehnologije vlakana, mogu značajno smanjiti gubitak električne energije u procesu prijenosa signala na velike udaljenosti.

Znanost i sfera upravljanja nisu zaobišli. Kako se znanstveno-tehnološka revolucija razvija, proizvodna i neproizvodna sfera ljudske djelatnosti širi, menadžment počinje igrati sve važniju ulogu u poboljšanju njihove učinkovitosti. Od svojevrsne umjetnosti, donedavne temeljene na iskustvu i intuiciji, menadžment je danas postao znanost. Znanost o upravljanju, općim zakonitostima primanja, pohranjivanja, prijenosa i obrade informacija naziva se kibernetika. Ovaj izraz dolazi od grčkih riječi "kormilar", "kormilar". Nalazi se u spisima starogrčkih filozofa. Međutim, njegovo novo rođenje zapravo se dogodilo 1948. godine, nakon objave knjige američkog znanstvenika Norberta Wienera "Kibernetika".

Prije početka "kibernetičke" revolucije postojala je samo papirnata informatika, čije je glavno sredstvo percepcije bio ljudski mozak, a koja nije koristila električnu energiju. "Kibernetička" revolucija iznjedrila je bitno drugačiju - strojnu informatiku, koja odgovara gigantski povećanim tokovima informacija, čiji je izvor energije električna energija. Stvorena su potpuno nova sredstva za dobivanje informacija, njihovo prikupljanje, obradu i prijenos, koji zajedno čine složenu informacijsku strukturu. Uključuje automatske upravljačke sustave (automatizirane upravljačke sustave), banke podataka, automatizirane informacijske baze, računalne centre, video terminale, fotokopirne i telegrafske strojeve, nacionalne informacijske sustave, satelitske i brze optičke komunikacijske sustave - sve se to neograničeno proširilo opseg korištenja električne energije.

Mnogi znanstvenici vjeruju da je u ovom slučaju riječ o novoj "informacijskoj" civilizaciji, koja zamjenjuje tradicionalnu organizaciju industrijskog tipa društva. Ovu specijalizaciju karakteriziraju sljedeće važne karakteristike:

· rašireno korištenje informacijske tehnologije u materijalnoj i nematerijalnoj proizvodnji, u području znanosti, obrazovanja, zdravstva i dr.;

prisutnost široke mreže različitih baza podataka, uključujući javnu upotrebu;

pretvaranje informacija u jedan od najvažnijih čimbenika gospodarskog, nacionalnog i osobnog razvoja;

slobodan protok informacija u društvu.

Takav prijelaz iz industrijskog društva u "informacijsku civilizaciju" postao je moguć najvećim dijelom zahvaljujući razvoju energije i pružanju pogodne vrste energije u prijenosu i korištenju - električne energije.

Električna energija u proizvodnji.

Suvremeno društvo ne može se zamisliti bez elektrifikacije proizvodnih djelatnosti. Već krajem 1980-ih više od 1/3 ukupne potrošnje energije u svijetu provodilo se u obliku električne energije. Do početka sljedećeg stoljeća taj bi se udio mogao povećati na 1/2. Takav porast potrošnje električne energije prvenstveno je povezan s povećanjem njezine potrošnje u industriji. Glavni dio industrijskih poduzeća radi na električnoj energiji. Visoka potrošnja električne energije tipična je za energetski intenzivne industrije kao što su metalurgija, aluminij i inženjering.

Struja u kući.

Struja je u svakodnevnom životu neophodan pomoćnik. Svaki dan se nosimo s tim i, vjerojatno, više ne možemo zamisliti svoj život bez toga. Sjetite se kad ste zadnji put ugasili svjetlo, odnosno vaša kuća nije dobila struju, sjetite se kako ste se zaklinjali da nemate vremena ni za što, a treba vam svjetlo, trebao vam je TV, kuhalo za vodu i hrpa drugih električni uređaji. Uostalom, ako smo zauvijek bez energije, jednostavno ćemo se vratiti u ona davna vremena kada se hrana kuhala na vatri i živjela u hladnim wigwamima.

Važnost električne energije u našem životu može se obraditi cijelom pjesmom, toliko je važna u našem životu i tako smo navikli na to. Iako više ne primjećujemo da ona dolazi u naše domove, ali kad je ugase, postaje jako neugodno.

Cijenite struju!

Bibliografija.

1. Udžbenik S.V. Gromova "Fizika, 10. razred". Moskva: Prosvjeta.

2. Enciklopedijski rječnik mladog fizičara. Sastav. V.A. Čujanov, Moskva: Pedagogija.

3. Ellion L., Wilkons W.. Fizika. Moskva: Nauka.

4. Koltun M. Svijet fizike. Moskva.

5. Izvori energije. Činjenice, problemi, rješenja. Moskva: Znanost i tehnologija.

6. Netradicionalni izvori energije. Moskva: Znanje.

7. Yudasin L.S. Energija: problemi i nade. Moskva: Prosvjeta.

8. Podgorny A.N. Energija vodika. Moskva: Nauka.

UPOTREBA ELEKTRIČNE ENERGIJE U RAZLIČITIM PODRUČJIMA ZNANOSTI
I UTJECAJ ZNANOSTI NA UPOTREBU ELEKTRIČNE ENERGIJE U ŽIVOTU

Mikroprocesori su ubrzali rast robotike. Većina robota koji se danas koriste pripadaju takozvanoj prvoj generaciji i koriste se u zavarivanju, rezanju, prešanju, premazivanju itd. Roboti druge generacije koji ih zamjenjuju opremljeni su uređajima za prepoznavanje okoline. A "intelektualni" roboti treće generacije će "vidjeti", "osjetiti", "čuti". Znanstvenici i inženjeri nuklearnu energiju, istraživanje svemira, transport, trgovinu, skladištenje, medicinsku skrb, preradu otpada i razvoj bogatstva oceanskog dna nazivaju najprioritetnijim područjima za korištenje robota. Većina robota radi na električnu energiju, ali povećanje potrošnje električne energije robota nadoknađuje smanjenje troškova energije u mnogim energetski intenzivnim proizvodnim procesima kroz uvođenje pametnijih metoda i novih tehnoloških procesa koji štede energiju.

Ali znanost ne koristi samo električnu energiju u svojim teorijskim i eksperimentalnim poljima, znanstvene ideje se stalno pojavljuju u tradicionalnom polju fizike povezanom s proizvodnjom i prijenosom električne energije. Znanstvenici, na primjer, pokušavaju stvoriti električne generatore bez rotirajućih dijelova. U konvencionalnim elektromotorima, istosmjerna struja se mora primijeniti na rotor kako bi se stvorila "magnetska sila". Elektromagnetu, koji “radi kao rotor” (brzina mu vrtnje doseže tri tisuće okretaja u minuti), električna struja se mora dovoditi preko vodljivih ugljenih četkica i prstenova koji se trljaju jedni o druge i lako se troše. Fizičari su došli na ideju zamijeniti rotor mlazom vrućih plinova, mlazom plazme, u kojem se nalazi mnogo slobodnih elektrona i iona. Ako se takav mlaz prođe između polova jakog magneta, tada će se, prema zakonu elektromagnetske indukcije, u njemu pojaviti električna struja - uostalom, mlaz se kreće. Elektrode kojima se struja izvlači iz užarenog mlaza mogu biti nepokretne, za razliku od ugljenih četkica konvencionalnih električnih instalacija. Novi tip električnog stroja nazvan je magnetohidrodinamički generator.

Sredinom 20. stoljeća znanstvenici su stvorili originalni elektrokemijski generator, nazvan gorivna ćelija. Dva plina, vodik i kisik, dovode se do elektrodnih ploča gorivne ćelije. Na platinskim elektrodama plinovi doniraju elektrone vanjskom električnom krugu, postaju ioni i, kada se spoje, pretvaraju se u vodu. Od plinskog goriva odmah se dobiva i struja i voda. Prikladan, tih i čist izvor energije za putovanja na velike udaljenosti, poput putovanja u svemir, gdje su oba proizvoda gorivnih ćelija najpotrebnija.

Još jedna originalna metoda proizvodnje električne energije, koja je postala široko rasprostranjena u posljednje vrijeme, je pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju "izravno" - pomoću fotonaponskih instalacija (solarnih baterija). S njima se povezuje nastanak „solarnih kuća“, „solarnih staklenika“, „solarnih farmi“. Takvi solarni paneli se također koriste u svemiru za opskrbu električnom energijom svemirskih letjelica i stanica.

Znanost i sfera upravljanja nisu zaobišli. Kako se znanstveno-tehnološka revolucija razvija, proizvodna i neproizvodna sfera ljudske djelatnosti širi, menadžment počinje igrati sve važniju ulogu u poboljšanju njihove učinkovitosti. Od svojevrsne umjetnosti, donedavne temeljene na iskustvu i intuiciji, menadžment je danas postao znanost. Znanost o upravljanju, općim zakonitostima primanja, pohranjivanja, prijenosa i obrade informacija naziva se kibernetika. Ovaj izraz dolazi od grčkih riječi "kormilar", "kormilar". Nalazi se u spisima starogrčkih filozofa. Međutim, njegovo novo rođenje zapravo se dogodilo 1948., nakon objave knjige Kibernetika američkog znanstvenika Norberta Wienera.

· rašireno korištenje informacijske tehnologije u materijalnoj i nematerijalnoj proizvodnji, u području znanosti, obrazovanja, zdravstva i dr.;

prisutnost široke mreže različitih baza podataka, uključujući javnu upotrebu;

pretvaranje informacija u jedan od najvažnijih čimbenika gospodarskog, nacionalnog i osobnog razvoja;

slobodan protok informacija u društvu.

ELEKTRIČNA ENERGIJA U PROIZVODNJI

To otvara problem učinkovitog korištenja ove energije. Kada se električna energija prenosi na velike udaljenosti, od proizvođača do potrošača, gubici topline duž dalekovoda rastu proporcionalno kvadratu struje, t.j. ako se struja udvostruči, gubitak topline se povećava za faktor 4. Stoga je poželjno da struja u vodovima bude mala. Da biste to učinili, povećajte napon na dalekovodu. Električna energija se prenosi kroz vodove gdje napon doseže stotine tisuća volti. U blizini gradova koji primaju energiju iz dalekovoda, ovaj napon se pomoću opadajućeg transformatora dovodi do nekoliko tisuća volti. U samom gradu, na trafostanicama, napon pada na 220 volti.

Naša zemlja zauzima veliki teritorij, gotovo 12 vremenskih zona. A to znači da ako je u nekim regijama potrošnja električne energije maksimalna, onda je u drugim radni dan već završio i potrošnja se smanjuje. Za racionalno korištenje električne energije proizvedene u elektranama, one se kombiniraju u elektroenergetske sustave pojedinih regija: europski dio, Sibir, Ural, Daleki istok itd. Takva kombinacija omogućuje učinkovitije korištenje električne energije koordinacijom rad pojedinih elektrana. Sada su različiti energetski sustavi ujedinjeni u jedinstveni energetski sustav Rusije.

Sljedeća prilika za učinkovito korištenje je smanjenje energetske potrošnje električne energije uz pomoć štedljivih tehnologija i moderne opreme koja troši minimalnu količinu električne energije. Kao primjer može poslužiti proizvodnja čelika. Ako je 60-ih godina glavna metoda proizvodnje čelika bila metoda otvorenog ognjišta (72% ukupnog taljenja), onda je 90-ih godina ova tehnologija taljenja zamijenjena učinkovitijim metodama: pretvorbom kisika i električnom proizvodnjom čelika.

KNJIŽEVNOST:

1. Koltun M. Svijet fizike: znanstvena i umjetnička literatura. - M.: Det. lit., 1984.- 271s.

2. Maksakovskiy V.P. Geografska slika svijeta. 1. dio. Opće karakteristike svijeta. - Yaroslavl: Gornji-Volž. knjiga. naklada, 1995.- 320s.

3. Ellion L., Wilkons W. Fizika. - M.: Nauka, 1967.- 808s.

4. Enciklopedijski rječnik mladog fizičara / Comp. V.A. Chuyanov. - M.: Pedagogija, 1984.- 352s.

Također preporučujemo

Učitavam...

Dom > Poljoprivreda

Poruka na temu primanja i prijenosa električne energije. Sažetak: Proizvodnja, prijenos i korištenje električne energije

Glavne vrste elektrana

Korištenje električne energije

Prijenos električne energije

Također preporučujemo